针对0Cr16Ni6合金开展激光快速修复试验，利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)，观察分析所得接头的接头显微组织构成，利用显微硬度计检测接头硬度。研究表明：激光快速修复0Cr16Ni6合金接头分为基体、热影响区以及熔覆区；随着激光热输入的增加，热影响区组织形貌变化不大，与基体相似，由块状铁素体、奥氏体及其上析出的碳化物和少量板条状马氏体组成，且与熔覆区存在明显的分界线；熔覆区顶部区域组织分布均匀，主要为树枝晶，熔覆区中部呈现树枝晶向柱状枝晶过渡的趋势，熔覆区下部为柱状枝晶，枝晶尺寸随着激光热输入的增加而增大；熔覆区主要由基体γ相、强化相γ′和γ′′相及沿枝晶边界析出的白色不规则相δ和MC相等组成；随激光热输入的逐渐增加，热影响区宽度D和深度H的变动不大，仅存在±0.05 mm以内的微小波动；熔宽d和熔高h逐渐增加；熔覆区平均硬度值随单位时间内热输入量的增加，呈现先增加后减小的趋势，且各区域显微硬度值排序为熔覆区＞基体＞热影响区。

针对航空航天领域广泛应用的中厚板2219铝合金，设计了激光镜像焊接实验以分析焊接接头组织分布，对比研究了焊接热输入对焊缝形貌、微观组织、断口形貌及元素分布的影响。结果表明：随着焊接热输入的增加，联合焊缝面积增大、“等腰”比例增加，上熔合线区域柱状晶区宽度由127 μm减少至87 μm，且下熔合线区域柱状晶区宽度小于上熔合线区域柱状晶区。不同焊接热输入下的焊缝中心区域均为等轴树枝晶组织，且随着焊接热输入的增大，焊缝中心区域等轴树枝晶的数量增加，证明热输入提高对细化晶粒具有积极作用。此外，当焊接热输入增大时，焊接接头力学性能得到提升，焊缝区显微硬度最高可达74.9 HV，拉伸强度由188.39 MPa提高至259.47 MPa，接头拉伸断裂部位出现在焊缝区，断裂方式随着热输入的增加由混合断裂转变为韧性断裂，同时韧窝数量增加，尺寸增大且更加均匀。

Inconel690镍基合金具有良好的综合力学性能，其焊接结构已经被广泛应用于核电产业中，通过改变热输入与填丝可以改善其焊接接头的力学性能。对Inconel690镍基合金与SUS304不锈钢进行激光对接焊试验，分析接头显微组织和力学性能。研究发现，焊缝呈现激光焊接典型的高脚杯形状，焊缝区域弥散分布含钛相。当未填充焊丝时，低热输入（1.5 kJ/cm）接头与高热输入（2.6 kJ/cm）接头相比，焊缝晶粒尺寸减小约40%，接头抗拉强度提高约9.7%，焊缝平均硬度提高约7.7%。在填充焊丝后，焊缝中Ni元素含量提高，Fe元素含量下降，出现弥散分布的富铬相，结合X射线衍射（XRD）结果分析，推测其为Cr_0.19Fe_0.7Ni_0.11相。与高热输入接头相比，低热输入填丝焊的焊缝平均硬度与接头抗拉强度均有所提高，其中焊缝平均硬度提高约22.6%，抗拉强度提高约16.2%。

采用MTS疲劳试验机对DP980钢激光焊接接头进行了低周疲劳试验,分析了应变-疲劳寿命数据,并利用金相显微镜和扫描电镜进行了组织分析和断裂分析。结果表明,母材表现出最好的抗疲劳性能。当应变幅Δε_t/2≤0.4%时,线能量为80 J/mm的试样表现出较好的抗疲劳性能;当Δε_t/2=0.5%时,三个激光焊接接头的疲劳寿命接近。当Δε_t/2≥0.3%时,母材和DP980钢激光焊接接头经历循环软化阶段、循环饱和阶段和循环软化阶段;当Δε_t/2=0.25%时,母材和DP980钢激光焊接接头依次经历了循环硬化阶段、循环软化阶段、循环饱和阶段和循环软化阶段。DP980钢激光焊接接头的亚临界热影响区是裂纹萌生的主要区域,不同应变幅下的疲劳裂纹扩展区均有疲劳条带,疲劳断裂的方式是穿晶断裂。

对高质量、高效率、高柔性和绿色环保连接技术的需求,以及不断涌现的各种新材料的连接需求,促进了激光焊接技术的研究和进步。得益于激光器及其配套设备的快速发展,以及对激光与材料相互作用机理认识的深入,激光焊接技术在过去30年实现了由实验室研究走向规模化工业应用的转变。激光能量能够在时空尺度上进行精确调控,高能量密度和小热输入为激光焊接精确控制接头熔化形状和抑制焊接热循环对母材的不良影响提供了可能。然而,高的激光能量密度导致金属蒸发形成匙孔,匙孔坍塌引起的气孔是激光焊接中的常见缺陷。此外,小的热输入导致了较快的冷却速度,影响了焊缝和热影响区的微观组织。熔深、气孔和微观组织的调控均与激光能量密切相关。本文依托钢铁材料、镁合金、钛合金和异种材料连接方面的典型案例,介绍了激光能量对焊接熔深、气孔及微观组织的影响及调控,指出了激光焊接技术的特点和优势,对利用激光焊接技术解决新材料和新结构的焊接难题提供了有益借鉴。

研究了激光填丝焊接工艺参数对哈氏合金薄板纵向挠曲变形的影响,结合样件弯曲刚度和等效载荷分析了焊接工艺参数对纵向挠曲变形的影响。结果表明:激光填丝焊接过程的线能量和相对送丝量通过影响弯曲刚度和等效载荷,进而影响纵向挠曲变形;随着线能量的逐渐增大,等效载荷也逐渐增大,样件的弯曲刚度呈减小—增大—减小的变化趋势。在一定范围内增大线能量会使等效载荷和弯曲刚度同时增大,从而导致挠曲变形的变化幅度相对较小。相对送丝量增大使弯曲刚度在等效载荷不变的情况下明显增大,从而导致焊接变形减小。在合理的参数范围内尽量选择小线能量和大相对送丝量有利于抑制变形。

采用激光诱导共晶反应钎焊技术对Ti6Al4V和Inconel 718异种金属进行焊接,研究了不同热输入下制备的接头的微观组织和力学性能。结果表明:当热输入为48 J/mm时,铌中间层过度熔化,未能有效阻隔Ti6Al4V和Inconel 718的混合,接头中有大量的TixNiy金属间化合物生成,导致接头直接开裂;当热输入降低到40 J/mm时,全厚度未熔化铌中间层的存在成功阻碍了熔池中Ti6Al4V和Inconel 718的混合,并形成两个连接界面,即(Ti,Nb)熔化区界面和Nb/Inconel 718共晶反应钎焊界面,接头中未形成TixNiy金属间化合物且接头的抗拉强度达到了205 MPa;随着热输入进一步降低到34 J/mm时,低的Nb/Inconel 718界面温度导致共晶反应钎焊不能充分进行,形成了明显的未熔合缺陷,接头的抗拉强度仅为103 MPa。

利用5 kW碟片激光器对1.1 mm厚的先进高强钢进行对接填丝焊,采用正交试验设计激光工艺参数,并借助万能力学试验机、显微硬度仪、光学显微镜和扫描电镜对焊接接头的拉伸强度、显微硬度、表面与截面组织进行分析,研究激光工艺参数对焊接接头力学性能及组织的影响。结果表明,在试验参数范围内,激光功率与焊接速度是影响接头性能最重要的参数。在合理的工艺参数下,即线能量大于阈值时,可以获得均匀、连续以及表面光滑的焊缝形貌,抗拉强度为母材的90%以上。接头均存在熔合区硬化和外侧热影响区软化现象,熔合区组织主要由板条马氏体和先共析铁素体组成,热影响区组织因回火马氏体的大量出现而发生软化,从而影响接头拉伸性能。

通过分析接头的显微组织、拉伸性能、扩孔率及杯突值, 研究了热输入对激光对接接头组织及性能的影响。结果表明, 接头保护效果较好, 焊缝中心显微组织为针状α晶粒＋粗大α晶粒, 热影响区组织为不规则的粗大α晶粒＋少量锯齿状α晶粒, 线能量对晶粒尺寸影响较大; 接头拉伸性能随热输入的提升呈先上升后下降的趋势, 热输入为400 J/cm时, 接头具有最优的拉伸性能; 提高热输入, 接头成形性能逐渐下降, 热输入为300 J/cm时, 接头成形性能最优。

为了研究线能量对304奥氏体不锈钢激光焊接质量的影响, 采用高功率Nd∶YAG激光器及焊接机器人对304奥氏体不锈钢薄板进行了激光焊接工艺试验, 并使用光学显微镜、显微硬度计、拉伸试验机等仪器重点研究了线能量对304奥氏体不锈钢激光焊接焊缝成形和力学性能的影响。结果表明, 线能量对焊缝成形、显微硬度及力学性能有较大影响, 接头显微硬度分布不均匀, 低功率时静拉伸强度最小值为671.67MPa,高功率时静拉伸强度最小值达780MPa。